intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển nhiệt độ trong quá trình nhiệt luyện chi tiết dạng tấm phẳng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:20

Thêm vào BST
Báo xấu
18
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu giải bài toán điều khiển nhiệt độ trong phôi, thực chất là bài toán điều khiển cho hệ thống có tham số phân bố. Ứng dụng cho quá trình gia công nhiệt luyện một số dạng chi tiết cơ khí, cụ thể là thép tấm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển nhiệt độ trong quá trình nhiệt luyện chi tiết dạng tấm phẳng

  1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ................ ................... LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN CHI TIẾT DẠNG TẤM PHẲNG TÔ THỊ HƯƠNG QUY THÁI NGUYÊN - 2017
  2. 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ................ ................... LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN CHI TIẾT DẠNG TẤM PHẲNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 60.52.02.16 Học viên: TÔ THỊ HƯƠNG QUY Người HD khoa học: PGS. TS NGUYỄN HỮU CÔNG THÁI NGUYÊN - 2017 2
  3. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật LỜI NÓI ĐẦU Với mong muốn tìm hiểu quá trình nhiệt luyện và điều khiển tự động quá trình nhiệt luyện các chi tiết cơ khí mà cụ thể là các chi tiết máy dạng tấm phẳng, đề tài của em tập trung vào tìm hiểu các phương pháp nhiệt luyện, các quá trình truyền nhiệt trong nhiệt luyện, các phương trình mô tả quá trình nhiệt trong nhiệt luyện, các mô hình thép tấm. Từ việc tìm hiểu quá trình nhiệt luyện em thấy rằng: Việc điều khiển tối ưu quá trình gia nhiệt thường dẫn đến các bài toán sau : - Bài toán nung nhanh nhất; - Bài toán nung chính xác nhất; - Bài toán nung ít bị ô xy hoá nhất; - Bài toán nung ít tổn hao năng lượng nhất. Trong nội dung đề tài này em tập trung nghiên cứu bài toán nung chính xác nhất của quá trình điều khiển nhiệt độ trong phôi, tức là hãy tìm tín hiệu điều khiển tối ưu sao cho sau một khoảng thời gian T cho trước phân bố trường nhiệt độ thực trong vật nung sai số nhỏ nhất so với phân bố nhiệt độ yêu cầu. Từ đó em tiến hành mô hình hóa thép tấm theo dạng mô hình hàm truyền và thiết kế một bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ của thép tấm đạt được nhiệt độ mong muốn – từ đó ta có thể điều khiển nhiệt độ của thép tấm theo yêu cầu chất lượng cụ thể hoặc theo chu trình nhiệt của quá trình gia nhiệt. Các kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng bằng mô phỏng và mở ra khả năng ứng dụng vào thực tế. Mục tiêu nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu giải bài toán điều khiển nhiệt độ trong phôi, thực chất là bài toán điều khiển cho hệ thống có tham số phân bố. - Ứng dụng cho quá trình gia công nhiệt luyện một số dạng chi tiết cơ khí, cụ thể là thép tấm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu trên mô hình của một số dạng phôi cụ thể: chi tiết máy dạng phôi tấm - Phạm vi nghiên cứu:Các chi tiết máy bằng kim loại. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các công trình khoa học đã công bố, nhằm xác định chắc chắn các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra. - Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật toán; - Tiến hành mô phỏng trên Matlab để kiểm chứng lý thuyết; Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hiện nay, trong kĩ thuật ta thường mới giải quyết bài toán điều khiển nhiệt độ trong các lò nung sao cho thoả mãn một chỉ tiêu chất lượng nào đó. Tuy nhiên chất lượng của sản phẩm trong các quá trình gia công nhiệt lại phụ thuộc vào nhiệt độ của bản thân sản phẩm trong lò; thậm chí Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  4. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật còn phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt của từng lớp hay nói chính xác hơn là phụ thuộc vào trường nhiệt độ trong vật (mà không có khả năng đo được). Với việc mô hình hóa thép tấm theo dạng hàm truyền và thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ của thép tấm có thể giúp nhiệt độ của thép tấm đạt được nhiệt độ mong muốn cũng như thỏa mãn chu trình gia nhiệt của một quá trình nhiệt luyện cụ thể. Điều này giúp nâng cao chất lượng của quá trình gia nhiệt – cũng chính là nâng cao chất lượng của sản phẩm gia nhiệt. CHƯƠNG 1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG NHIỆT LUYỆN 1.1 Khái quát chung về điều khiển nhiệt độ. 1.2 Yêu cầu công nghệ của quá trình điều khiển nhiệt độ trong nhiệt luyện 1.2.1 Các khái niệm cơ bản về nhiệt luyện 1.2.2 Các tác dụng chủ yếu của nhiệt luyện 1.2.2.1 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu 1.2.2.2 Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính… 1.2.3 Một số phương pháp nhiệt luyện cơ bản 1.2.3.1 Ủ 1.2.3.2. Thường hóa 1.2.3.3. Tôi thép 1.2.3.4. Ram thép 1.2.3.5 Các phương pháp nhiệt luyện bề mặt 1.2.4 Một ví dụ về nhiệt luyện – nhiệt luyện thép cắt gọt 1.3. Thành lập phương trình truyền nhiệt Xét một vật rắn truyền nhiệt đẳng hướng, là nhiệt độ của nó tại điểm ở thời điểm . Nếu tại các điểm khác nhau của vật nhiệt độ khác nhau thì nhiệt sẽ truyền từ điểm nóng hơn tới điểm nguội hơn. Sự truyền nhiệt đó tuân theo định luật sau: Nhiệt lượng đi qua một mảnh mặt khá bé chứa điểm trong một khoảng thời gian tỷ lệ với , và đạo hàm pháp tuyến. Tức là (1.1) Trong đó là hệ số truyền nhiệt ( không phụ thuộc vào hướng của pháp tuyến với vì sự truyền nhiệt là đẳng hướng), là vectơ pháp của hướng theo chiều giảm nhiệt độ. Gọi là dòng nhiệt, tức là nhiệt lượng đi qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian. Từ ta suy ra . Bây giờ ta lấy trong vật một thể tích tuỳ ý giới hạn bởi một mặt kín trơn và xét sự biến thiên của nhiệt lượng trong thể tích đó trong khoảng Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  5. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật thời gian từ đến .Từ ta suy ra nhiệt lượng qua mặt vào trong từ thời điểm đến thời điểm là . Trong đó là vecvtơ pháp hướng vào trong của mặt . Áp dụng công thức Ostrogradsky để đổi từ tích phân trên mặt sang tích phân ba lớp ta được Giả sử rằng trong vật có các nguồn nhiệt, gọi là mật độ của chúng tức là nhiệt lượng sinh ra hay mất đi trong một đơn vị thể tích của vật và trong một đơn vị thời gian. Nhiệt lượng sinh ra hay mất đi trong thể tích từ thời điểm đến thời điểm là Mặt khác ta lại biết rằng nhiệt lượng cần cho thể tích của vật thay đổi nhiệt độ từ đến là Trong đó là nhiệt dung, là mật độ của vật. Vì nên có thể viết . Mặt khác nên ta có Vì khoảng thời gian và thể tích được chọn tuỳ ý, nên tại mọi điểm của vật và ở mọi thời điểm biểu thức dưới dấu tích phân đều bằng không . Hay (1.2) Phương trình đó gọi là phương trình truyền nhiệt trong vật đẳng hướng không đồng chất. Nếu vật đồng chất thì là những hằng số và phương trình có dạng (1.3). Trong đó , . Đó là phương trình truyền nhiệt không thuần nhất. Nếu trong vật không có nguồn nhiệt thì ta sẽ được phương trình truyền nhiệt thuần nhất: (1.4) Nếu ta xét sự truyền nhiệt trên một một vật đồng chất rất mỏng (chỉ khảo sát sự truyền nhiệt theo hai phương) đặt trên mặt phẳng thì nhiệt độ tại điểm ở thời điểm thoả mãn phương trình truyền nhiệt: (1.5) Còn phương trình truyền nhiệt trên một vật đồng chất rất mỏng đặt dọc theo trục là: (1.6) 1.4. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 1.5. Tính toán trường nhiệt độ trong phôi tấm bằng phương pháp giải tích 1.6. Tính toán trường nhiệt độ trong phôi tấm bằng phương pháp số Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  6. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật 1.6.1. Phương pháp sai phân giải bài toán có trị ban đầu 1.6.1.1. Mô hình bài toán 1.6.1.2. Lưới sai phân 1.6.1.3. Hàm lưới 1.6.1.4. Đạo hàm lưới 1.6.1.5. Liên hệ giữa đạo hàm và đạo hàm lưới 1.6.1.6. Phương pháp Euler hiện 1.6.1.7. Phương pháp Euler ẩn 1.6.1.8. Phương pháp Crank – Nicolson 1.6.2. Phương pháp sai phân giải bài toán truyền nhiệt một chiều 1.6.2.1. Mô hình bài toán 1.6.2.2. Lưới sai phân và hàm lưới 1.6.2.3. Xấp xỉ các đạo hàm 1.6.2.4. Phương pháp sai phân hiện (cổ điển) 1.6.2.5. Phương pháp ẩn (cổ điển) 1.6.2.6. Phương pháp Crank - Nicolson (6 điểm đối xứng) 1.7. Kết luận chương 1 Trong chương này,tác giả đã trình bày khái quát chung về điều khiển nhiệt độ, yêu cầu công nghệ của quá trình điều khiển nhiệt độ, các khái niệm cơ bản về nhiệt luyện, các tác dụng cơ bản của nhiệt luyện, các phương pháp nhiệt luyện cơ bản cùng một ví dụ về nhiệt luyện. Từ các tìm hiểu này, với mục tiêu tìm hiểu quá trình nhiện luyện chi tiết cơ khí dạng phôi tầm, tác giả đã đi thành lập phương trình truyền nhiệt trong phôi tấm. Phương trình truyền nhiệt trong thép tấm chính là một phương trình vi phân đạo hàm riêng (partial differential equations). Việc tính toán trường nhiệt trong thép tấm chính là ta phải đi giải phương trình trên với các điều kiện cụ thể. Trong nội dụng chương này, tác giả đã giới thiệu công cụ toán học với hai phương pháp là giải tích và phương pháp số để giải bài toán. Hạn chế của các phương pháp giới thiệu là khó khăn cho việc thực hiện các bài toán điều khiển vì với các phương pháp thiết kế điều khiển hiện nay để thiết kế bộ điều khiển đơn giản và dễ dàng, ta thườn cần phải biết hàm truyền của đối tượng chính vì vậy trong nội dung chương tiếp theo, tác giả giới thiệu một phương pháp xây dựng mô hình phôi tấm sử dụng dạng hàm truyền. CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 2.1. Xây dựng mô hình toán học của đối tượng điều khiển 2.1.1 Các phương pháp xác định đặc tính động học của đổi tượng điều khiển Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  7. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật 2.1.2 Mô hình lò điện trở trên quan điểm điều khiển 2.2. Xây dựng mô hình tính toán nhiệt độ của thép tấm 2.2.1 Đặt vấn đề Yêu cầu cần thiết đặt ra trong kỹ thuật là phải điều khiển được nhiệt độ của lò gia nhiệt theo yêu cầu nhiệt độ của phôi nung, có như vậy mới đảm bảo những yêu cầu công nghệ đặt ra với phôi nung. Mục đích chủ yếu của mô hình nung là cho thông số về diễn biến nhiệt độ trên bề mặt vật và theo tiết diện thép tấm trong cả quá trình gia nhiệt ... Tuy nhiên trên thực tế có nhiều thông số công nghệ của đối tượng cần điều khiển mà ta không thể đo trực tiếp được. Vì vậy ta phải đặt ra xây dựng mô hình tính toán biết vỏ tìm lõi. Ta có thể xây dựng mô hình bằng hai phương pháp đó là phương pháp số và xây dựng mô hình bằng phương pháp mô hình hàm truyền. Phương pháp xây dựng mô hình toán để tính toán nhiệt độ trong thép tấm bằng phương pháp số chính là giải bằng phương pháp sai phân, dùng lưới sai phân để giải bài toán. Phương pháp xây dựng mô hình toán bằng phương pháp hàm truyền là dựa trên sự tính toán và các thông số của phôi tấm để lập hàm truyền đạt của phôi tấm để giải bài toán. Tóm lại, mô hình nói trên dùng để lấy thông tin về nhiệt độ của phôi nung trong lò nung tĩnh, và càng có ý nghĩa trong lò nung mà phôi nung chuyển động liên tục. Mô hình có nhiệm vụ phải tính ra nhiệt độ trung bình của vật khi biết nhiệt độ của khí trong lò, hoặc tính ra phân bố nhiệt độ lò theo giản đồ nhiệt độ yêu cầu của phôi nung với các ràng buộc cho trước. Trong nội dung đề tài này, tác giả lựa chọn xây dựng mô hình tính toán nhiệt độ thép tấm theo mô hình hàm truyền. 2.2.2 Xây dựng mô hình tính toán nhiệt độ thép tấm theo mô hình hàm truyền Sự truyền nhiệt sẽ gồm có hai bước: Bước 1: Bài toán truyền nhiệt bên ngoài, từ nhiệt độ lò ta tính được nhiệt độ bề mặt của vật. Tùy theo dạng truyền nhiệt đối hay bức xạ, song trong trường hợp này truyền nhiệt bức xạ là chủ yếu, sự truyền nhiệt đối lưu sẽ được tính đến bằng một hệ số hiệu chỉnh. Bước 2: Bài toán truyền nhiệt trong thỏi, nghĩa là sự truyền nhiệt từ mặt ngoài vào trong thỏi nung. Có thể nung một mặt hoặc hai mặt. Sự truyền nhiệt ở đây chính là dẫn nhiệt. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  8. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hình 2.1 Mô hình thép tấm một lớp Xét một lò gia nhiệt đốt một phía như hình vẽ (hình 2.1). Giả thiết thể tích buồng lò nhỏ, coi nhiệt độ trong lò là như nhau. Nếu bỏ qua sự truyền nhiệt qua đầu và cạnh của tấm kim loại phẳng, rộng đủ lớn với các thông số sau: Hệ số dẫn nhiệt của tấm : W/m.K Hệ số truyền nhiệt của tấm α: W/ Chiều dài a (mét) Chiều rộng b (mét) Chiều dày d (mét) Khối lượng riêng : Kg/ Nhiệt dung riêng c: J/kg.K Diện tích bề mặt tiếp xúc A=a*b () Ta coi phôi là một đối tượng động học và được chia thành n lớp. Đối tượng động học này có lượng vào là nhiệt độ trong không gian lò; lượng ra là nhiệt độ của lớp dưới cùng. Việc chọn n bằng bao nhiêu tuỳ thuộc độ “Dày” của tấm và độ chính xác yêu cầu. 2.2.2.1. Xây dựng mô hình hàm truyền đối với vật mỏng 2.2.2.2. Xây dựng mô hình hàm truyền khi thép tấm được chia thành 2 lớp (n=2) 2.2.2.3. Xây dựng mô hình hàm truyền khi thép tấm được chia thành 3 lớp (n=3) Hình 2.3 Mô hình thép tấm 3 lớp Dòng nhiệt chảy vào lớp 1 là: (2.11) Dòng nhiệt chảy ra lớp 1 (cũng chính là dòng nhiệt chảy vào lớp 2) (2.12) Dòng nhiệt chảy ra lớp 2 (cũng chính là dòng nhiệt chảy vào lớp 3) Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  9. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật (2.13) Do không có nhiệt chảy ra lớp 3 nên từ (2.11), (2.12), (2.13). Ta có phương trình cân bằng nhiệt: (2.14) Xuất phát từ phương trình (2.14c) ta xây dựng được hàm truyền của lớp thứ 3 (2.15) Xuất phát từ phương trình (2.14b) ta xây dựng được hàm truyền của lớp thứ 2 (2.16) Xuất phát từ phương trình (2.14a) ta xây dựng được hàm truyền của lớp thứ 1 (2.17) 2.2.2.4. Xây dựng mô hình hàm truyền khi thép tấm được chia thành 4 lớp (n=4) 2.2.2.5. Xây dựng mô hình hàm truyền khi thép tấm đựơc chia thành n lớp Hình 2.5 Mô hình thép tấm n lớp . . . Hay: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  10. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật 2.3. Ví dụ tính toán hàm truyền từng lớp khi chia phôi thành 1 lớp và 3 lớp Lấy vật liệu là thép tấm với các thông số như sau : Hệ số dẫn nhiệt của tấm =55.8 w/m.K (Ở đây coi hệ số dẫn nhiệt của tấm là hằng số) Khối lượng riêng: =7800kg/;Nhiệt dung riêng c=460 j/kg.K Hệ số truyền nhiêt =335 w/; Chiều dài tấm a=60 cm=0.6 m Chiều rộng tấm b =30 cm =0.3 m; Chiều dày tấm d =6 cm =0.06 m Diện tích bề mặt tấm : A=a*b =0.6*0.3 =0.18 - Giả sử coi tấm thép là 3 lớp Khi đó chiều dày mỗi lớp là d/3=0.06/3 = 0.02 m Thể tích mỗi lớp thép tấm là: V1=V2=V3 =0.6*0.3*0.02 = 0.0036 Khối lượng mỗi lớp thép tấm là: m1=m2=m3 =V1* =0.0036*7800=28.08 kg C1=C2=C3 =m1*c =28.08*460 =12916.8 Hàm truyền từng lớp của đối tượng là : 2.4. Kết quả mô phỏng cho bộ quan sát nhiệt độ - Khi coi tấm phôi là 3 lớp ta có : Hình 2.10 Bộ quan sát thép tấm ba lớp Da p ung dau ra cua Mo hinh Thep tam ba lop 1200 1000 Nhiet do lop 3 800 Nhiet do lop 2 Nhiet do lop 1 Nhiet do dat Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Time (s) Hình 2.11 Đáp ứng đầu ra của mô hình thép tấm ba lớp 2.5. Kết luận Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  11. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Dựa trên các định luật về truyền nhiệt, các phương trình cân bằng nhiệt tác giả đã xây dựng được mô hình hàm truyền cho thép tấm 1 lớp, 2 lớp, 3 lớp, 4 lớp, từ đó tổng quát hóa ta đã xây dựng được mô hình hàm truyền của thép tấm khi được chia thành n lớp. Đây chính là những mô hình quan sát nhiệt độ được mô tả toán học dưới dạng hàm truyền. Những mô hình quan sát này sẽ cho ta xác định được nhiệt độ tại một điểm bất kì ở một thời điểm bất kì. Đây cũng chính là cơ sở cho việc điều khiển trường nhiệt độ trong thép tấm thỏa mãn một công nghệ đặt ra. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG THÉP TẤM Để điều khiển nhiệt độ trong thép tấm, có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau như điều khiển PID, điều khiển mờ, điều khiển mờ - nơ ron, ... Trong nội dung luận văn này, tác giả lựa chọn điều khiển nhiệt độ thép tấm theo phương pháp điều khiển mờ. 3.1. Giới thiệu bộ điều khiển mờ 3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ 3.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển nhiệt độ thép tấm Xét sơ đồ cấu trúc lò điện trở như sau: Hình 3.22 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lò điện trở Với BBĐ Tiristor có hàm truyền như sau: [3], [9], [13] Hàm truyền của lò điện trở : [3], [9], [13] BBĐ tỷ lệ được mô tả bởi hàm truyền : [3], [9], [13] Trong luận văn này, tác giả lựa chọn thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển thép tấm trong trường hợp thép tấm được chia làm 3 lớp với hàm truyền của từng lớp lần lượt là: Để điều khiển thép tấm đạt được nhiệt độ mong muốn theo chu trình gia nhiệt, tác giả lựa chọn điều khiển nhiệt độ lớp thứ 2 của thép tấm và sử dụng bộ điều khiển mờ PD, từ đó ta có sơ đồ điều khiển cụ thể như sau: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  12. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hình 3.23 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển thép tấm sử dụng bộ điều khiển mờ PD Để xác định bộ điều khiển mờ, tác giả thực hiện theo các bước sau: Bước1. Xác định tất cả các biến ngôn ngữ vào ra Sơ đồ khối mờ như sau: Hình 3.24 Sơ đồ khối mờ Trong đó : ET: Sai lệch nhiệt độ (biến vào) DET: Tốc độ tăng giảm nhiệt độ (biến vào) OUT : Biến ra Bước 2. Xác định tập giá trị cho các biến vào ra  Sai lệch nhiệt độ : Được định nghĩa như là độ sai khác giữa nhiệt độ đặt và nhiệt độ hiện tại đo được, ký hiệu là ET. ET = nhiệt độ đặt – nhiệt độ đo [ C] Mong muốn của chúng ta là điều khiển đến 1000 C nên miền xác định của biến sẽ là khoảng [­4 C,+1000 C]. Trong miền xác định đó, ta định nghĩa 7 tập mờ : ET = {âm nhiều, âm vừa, âm ít, bằng không, dương ít, dương vừa,  dương nhiều} hay ET = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Tuy nhiên, để tập trung hơn trong khoảng sai lệch nhỏ, ta không phân bố đều 7 tập mờ này trên khoảng [­4 C,+1000 C] mà chỉ phân bố đều trong khoảng [­4 C, +4 C].  Tốc độ tăng giảm nhiệt độ : Là giá trị tăng hay giảm của nhiệt độ hiện tại so với nhiệt độ trước đó trong khoảng thời gian lấy mẫu, ký hiêu là DET. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  13. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật DET=(nhiệt độ hiện tại – nhiệt độ trước)/thời gian lấy mẫu[ C/s] Đối tượng điều khiển là một lò nung có độ quán tính tương đối lớn,  ta định nghĩa DET với miền xác định là [­2,+2]. Cũng định nghĩa cho biến DET có 7 tập mờ với tên gọi như trên,  định nghĩa trong khoảng [­2;+2] DET = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Đại lượng ra: Đại lượng ra của bộ điều khiển mờ chính là phần trăm công suất kích cho lò nhiệt ( %P ). Biến OUT với 7 tập mờ dạng singleton. - Biến OUT với 7 tập mờ dạng tam giác. %P = {V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7} Bước 3. Xác định dạng hàm liên thuộc Phân bố giá trị mờ biến đầu vào ET: Phân bố giá trị mờ biến đầu vào DET: Phân bố giá trị mờ biến đầu ra OUT Bước 4. Xây dựng các luật điều khiển “ nếu …thì…“ Gồm 7x7=49 luật sơ khởi ban đầu trên cơ sở những nhận định ban đầu về đối tượng. DET OUT NB NM NS ZE PS PM PB NB V1 V1 V1 V1 V1 V1 V1 NM V1 V1 V1 V1 V1 V1 V1 NS V1 V1 V1 V1 V1 V1 V1 ET ZE V1 V1 V1 V1 V1 V1 V1 PS V2 V2 V2 V3 V3 V4 V4 PM V3 V4 V4 V5 V5 V6 V7 PB V6 V6 V7 V7 V7 V7 V7 Ở đây ta chọn luật hợp thành max-min. Bước 5. Giải mờ Dùng phương pháp phân vùng bằng nhau (Bisector) Bước 6. Thiết kế và mô phỏng bằng Matlab Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  14. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1. Kết quả mô phỏng khi thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ thép tấm 3 lớp Hình 4.1 Sơ đồ Simulik hệ thống điều khiển nhiệt độ thép tấm sử dụng bộ điều khiển mờ động PD Kết quả mô phỏng như sau Nhiet do cac lop cua Thep tam 3 lop 1200 1000 Nhiet do Lop 1 Nhiet do Lop 2 800 Nhiet do Lop 3 Nhiet do Lo Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Time (s) Hình 4.2 Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển thép tấm sử dụng bộ điều khiển mờ động PD Nhận xét: Dựa vào kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển thép tấm sử dụng bộ điều khiển mở động PD ta thấy: + Thời gian quá độ 1770s; Lượng quá điều chỉnh 2,2%; Số lần dao động là 1 lần; Sai lệch tĩnh St% = 0%. + Sau thời gian 2200s nhiệt độ của ba lớp của thép tấm đều đạt gần bằng nhau. Sau thời gian 3500s nhiệt độ của 3 lớp thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Như vậy, sử dụng bộ điều khiển mờ động PD ta có thể điều khiển nhiệt độ thép tấm đạt nhiệt độ mong muốn (nhiệt độ đặt) với sai lệc tĩnh bằng không, lượng quá điều chỉnh rất nhỏ (2,2% so với mức cho phép là từ 10-30%). 4.2. Kết quả mô phỏng khi thiết kế bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ thép tấm khi thông số thép tấm thay đổi Để đánh giá chất lượng bộ điều khiển mờ động PD trong việc điều khiển nhiệt độ thép tấm, ta xét thép tấm trong các trường hợp sau Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  15. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật 4.2.1 Khi thông số thép tấm không đổi, mô hình thép tấm thay đổi Ta xét thông số thép tấm không thay đổi, cụ thể là: Chiều dài tấm a=60 cm=0.6 m; Chiều rộng tấm b =30 cm =0.3 m; Chiều dày tấm d =6 cm =0.06 m Xét mô hình thép tấm thay đổi Trường hợp 1: Mô hình thép tấm một lớp: Nhiet do Thep tam 1200 Nhiet do Thep tam Nhiet do Lo 1000 800 Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Time (s) Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển thép tấm một lớp và kết quả mô phỏng Thời gian quá độ 1745s, lượng quá điều chỉnh 2,18%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 3500s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Trường hợp 2: Mô hình thép tấm hai lớp Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  16. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 Nhiet do Lop 1 Nhiet do Lop 2 Nhiet do Lop 3 1000 800 Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Time (s) Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển thép tấm hai lớp và kết quả mô phỏng Thời gian quá độ 1780s, lượng quá điều chỉnh 2,55%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 3300s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Trường hợp 3: Mô hình thép tấm bốn lớp Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 1000 Nhiet do Lop 1 800 Nhiet do Lop 2 Nhiet do Lop 3 Tempture(oC) Nhiet do Lop 4 600 Nhiet do Lo 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Time (s) Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển thép tấm hai lớp và kết quả mô phỏng Thời gian quá độ 1610s, lượng quá điều chỉnh 2,46%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 3300s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. 4.2.1 Khi thông số thép tấm thay đổi, mô hình thép tấm 3 lớp Xét thông số thép tấm ba lớp trong các trường hợp sau: Bảng 4.1 Các thông số của thép tấm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  17. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Các trường hợp Chiều dài tấm a Chiều rộng tấm b Chiều dày tấm d Trường hợp 1 0.6 m 0.3 m 0.03 m Trường hợp 2 0.9 m 0.7 m 0.06 m Trường hợp 3 0.6 m 0.3 m 0.08 m Trường hợp 4 0.9 m 0.7 m 0.08 m Trường hợp 1: Giảm chiều dày thép tấm; giữ nguyên chiều dài – rộng của thép tấm Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 1000 Nhiet do Lop 1 800 Nhiet do Lop 2 Nhiet do Lop 3 Nhiet do Lo Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Time (s) Hình 4.6 Kết quả mô phỏng nhiệt độ các lớp của thép tấm khi giảm bề dày thép tấm Thời gian quá độ 1275s, lượng quá điều chỉnh 2,11%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 2500s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Trường hợp 2: Tăng chiều dài – rộng của tấm; giữ nguyên chiều dày của thép tấm Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 1000 800 Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Time (s) Hình 4.7 Kết quả mô phỏng nhiệt độ các lớp của thép tấm khi tăng chiều dài – rộng của thép tấm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  18. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Thời gian quá độ 1850s, lượng quá điều chỉnh 2,15%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 3500s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Trường hợp 3: Tăng chiều dày của tấm; giữ nguyên chiều dài – rộng của thép tấm Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 1000 Nhiet do Lop 1 Nhiet do Lop 2 800 Nhiet do Lop 3 Nhiet do Lo Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Time (s) Hình 4.8 Kết quả mô phỏng nhiệt độ các lớp của thép tấm khi tăng chiều dày, giữ nguyên chiều dài – rộng của thép tấm Thời gian quá độ 2270s, lượng quá điều chỉnh 1,5%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 4000s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò. Trường hợp 4: Tăng chiều dày, chiều dài – rộng của thép tấm Nhiet do cac Lop cua Thep tam 1200 1000 Nhiet do Lop 1 Nhiet do Lop 2 800 Nhiet do Lop 3 Nhiet do Lo Tempture (oC) 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Time (s) Hình 4.9 Kết quả mô phỏng nhiệt độ các lớp của thép tấm khi tăng chiều dày, dài, rộng của thép tấm Thời gian quá độ 2270s, lượng quá điều chỉnh 1,5%, số lần dao động 1 lần, sai lệch tĩnh St% = 0%. Sau thời gian 4200s nhiệt độ của thép tấm gần như trùng khớp với nhiệt độ của lò 4.3 Kết luận chương 4 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
  19. Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Qua kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển nhiệt độ phôi tấm sử dụng bộ điều khiển mờ cho thấy: Bộ điều khiển mờ có khả năng điều khiển nhiệt độ phôi tấm đạt được nhiệt độ đặt đồng thời khi tham số mô hình của phôi tấm thay đổi – từ sự thay đổi mô hình phôi tới thay đổi tham số phôi – bộ điều khiển mờ vẫn có khả năng điều khiển nhiệt độ phôi tấm đạt được nhiệt độ đặt hay chính là thỏa mãn yêu cầu công nghệ đặt ra. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đã giải quyết được những nội dung sau: 1. Đã tìm hiểu một số phương pháp tính toán trường nhiệt độ trong phôi tấm. 2. Đã đưa ra một cách tiếp cận trong việc tính toán trường nhiệt độ trong phôi theo mô hình hàm truyền. 3. Từ mô hình hàm truyền về trường nhiệt độ trong thép tấm, đã thiết kế một bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ của thép tấm. Bộ điều khiển mờ có thể điều khiển trường nhiệt độ trong thép tấm thoả mãn yêu cầu công nghệ đặt ra. 4. Các kết quả mô phỏng đã thể hiện sự đúng đắn của thuật toán đề xuất và mở ra khả năng ứng dụng vào thực tế. Những kiến nghị nghiên cứu tiếp theo 1.Tiến hành thí nghiệm thực để kiểm tra lại kết quả mô phỏng và định hướng ứng dụng thực tế cho các công nghệ gia công nhiệt như: ủ vật liệu từ, tôi ram nhiệt luyện, ủ thuỷ tinh quang học,.... 2. Nghiên cứu mô hình quan sát nhiệt độ cho các dạng thép khác: ví dụ như thép hình trụ,... 3. Nghiên cứu bài toán quan sát nhiệt độ theo mô hình không gian trạng thái. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1643 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
7=>1